DE112006002198T9

DE112006002198T9 - Anlage und Verfahren zum Entfernen von Kohlendioxid aus Gasströmen

Info

Publication number: DE112006002198T9
Application number: DE200611002198
Authority: DE
Inventors: Barry Cheltenham Hooper; Geoff Williamstown Stevens; Sandra East Kew Kentish
Original assignee: CO2CRC Technologies Pty Ltd
Current assignee: Uno Technology Pty Ltd
Priority date: 2005-08-16
Filing date: 2006-08-16
Publication date: 2009-02-26
Also published as: CA2619097C; AU2006281992B2; US20110195005A1; US20080317651A1; US8388919B2; AU2006281992A1; CA2619097A1; WO2007019632A1; DE112006002198T5; US7976803B2

Abstract

Verfahren zum Entfernen von Kohlendioxid aus einem Gasstrom von einer Bearbeitungsanlage, wobei der Gasstrom Dampf und Kohlendioxid umfasst und das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
a) Extraktion von Kohlendioxid aus dem Gasstrom durch die Kontaktierung des Gasstroms mit einem Absorptionsmedium;
b) Verdampfen des Kohlendioxids aus dem Absorptionsmedium, um so einen Produktstrom zu erzeugen, der reich an Kohlendioxid ist; und
c) Gewinnen von Energie aus dem Gasstrom, indem Dampf kondensiert wird und die latente Kondensationswärme von dem kondensierenden Dampf als Wärmequelle für das Erwärmen des Absorptionsmediums verwendet wird, um die Verdampfung des Kohlendioxids entsprechend dem Schritt b) zu unterstützen.

Description

Bereich und Hintergrund der vorliegenden Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anlage und ein Verfahren zur Entfernung von Kohlendioxid aus Industriegasströmen und -abwässern in der Absicht die Kohlendioxidemissionen in die Umwelt zu verringern.
Die Konzentration an Kohlendioxid in der Atmosphäre ist von 280 Teilen pro Million auf 370 Teile pro Million über die letzen 150 Jahre angestiegen, hauptsächlich durch die vermehrte Verwendung von fossilen Brennstoffen, insbesondere für die Erzeugung elektrischer Energie und den Transport. Ein schneller Schritt in die Richtung allen Energiebedürfnissen durch alternative erneuerbare Energiequellen nachzukommen wäre sehr teuer für den Konsumenten, schädigend für die Wirtschaft und derzeitig auf der technologischen Basis nicht praktikabel.
Eine Verringerung der Kohlendioxidemissionen wird notwenig sein, um die Kohlendioxidkonzentrationen in der Atmosphäre zu stabilisieren und auf lange Sicht zu vermindern. Eine vielversprechende Technologie für eine signifikante Verringerung der Emissionen von Anlagen, die im großen Stil Kohlendioxid emittieren wie Kohlekraftwerke, Zementanlagen, gasverarbeitende Einrichtungen und Eisenschmelzanlagen, umfasst die Trennung und das Abfangen des Kohlendioxids aus den Prozesströmen, wobei das Kohlendioxid komprimiert wird und dann das Kohlendioxid auf eine Weise gelagert wird, die verhindert, dass das Kohlendioxid in die Atmosphäre entweicht.
Das Abfangen des Kohlendioxids aus den Gasströmen um Gasströme zu erzeugen, die reich an Kohlendioxid sind, ist in den Nahrungsmittel- und chemischen Industrien seit einiger Zeit praktiziert worden. Zum Beispiel haben Erdgashersteller routinemäßig das Kohlendioxid von Kohlenwasserstoffgasen getrennt, die dann an die Konsumenten via Pipeline transportiert werden.
Kurz, die Technologie, die derzeitig für die Trennung des Kohlendioxids von den Gasströmen verwendet wird, umfasst:

– physikalische Lösungsmittel wie Methanol und chemische Lösungsmittel wie Monoethanolamin (MEA) für die Absorption des Kohlendioxids;
– verschiedene Membrantypen zur Trennung des Kohlendioxids von dem Gas;
– Absorption des Kohlendioxids auf Zeoliten und anderen Feststoffen; und
– Trennung bei niedrigen Temperaturen.

Diese Verfahren können auf eine Auswahl von industriellen Gasströmen angewendet werden. Die derzeitig erhältlichen Verfahren sind aber nicht sonderlich wirksam zur Entfernung des Kohlendioxids aus industriellen Gasströmen mit großem Volumen und geringem Druck, die eine geringe Konzentration an Kohlendioxid haben, so wie die Abgase, die von herkömmlichen Kohle- und Gaskraftwerken erzeugt werden. Insbesondere benötigen die massiven Volumina der Abgase, die von Kraftwerken erzeugt werden, große Kapitalinvestitionen um die Abgase handzuhaben, was als eines der Haupthindernisse angesehen wird. Eine andere Schwierigkeit ist, dass eine große Menge an Energie, etwa 30–40% der Gesamtproduktion eines kohlebetriebenen Elektrizitätswerkes, notwendig wäre um das Kohlendioxid aus den Lösungsmitteln oder Feststoffabsorptionsmedien nach der Trennung von dem Abgas freizusetzen. Zusätzlich sind Technologien wie die Membrantrennung bisher nicht angemessen auf ein Level maßstäblich vergrößert worden, wo sie verwendet werden können um Kohlendioxid in der Größenordnung eines Kohlekraftwerks abfangen können.
Es ist deshalb ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein alternatives Verfahren und eine alternative Anlage für das Entfernen von Kohlendioxid aus industriellen Gasströmen bereitzustellen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Realisierung, dass der Kohlendioxidbestandteil von Industriegasströmen von dem Gasstromrest durch die Verwendung von Energie in Form von Eigen- und/oder latenter Wärme aus der Kondensation von Dampf in dem Gasstrom getrennt werden kann. Zum Beispiel enthalten Abgase, die von Kraftwerken erzeugt werden, die Braun- oder Steinkohle verbrennen, inherent eine nützliche Menge an Energie in Form von Eigenwärme und latenter Wärme von Dampf, die entsprechend der vorliegenden Erfindung nutzbar gemacht werden kann.
Insbesondere wird entsprechend der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Entfernen von Kohlendioxid aus einem Gasstrom einer Bearbeitungsanlage bereitgestellt, wobei der Gasstrom Dampf und Kohlendioxid enthält und das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

a) Extraktion von Kohlendioxid aus dem Gasstrom durch die Kontaktierung des Gasstroms mit einem Absorptionsmedium;
b) Verdampfen des Kohlendioxids aus dem Absorptionsmedium um so einen Produktstrom zu erzeugen, der reich an Kohlendioxid ist; und
c) Gewinnen von Energie aus dem Gasstrom, indem Dampf kondensiert wird und die latente Kondensationswärme von dem kondensierenden Dampf als eine Wärmequelle für das Erwärmen des Absorptionsmediums verwendet wird, um die Verdampfung des Kohlendioxids entsprechend dem Schritt b) zu unterstützen.

Es wird bevorzugt, dass der Schritt c) auch die Verwendung der Eigenwärme aus dem Gasstrom als eine Wärmequelle für das Erwärmen des Absorptionsmediums einschließt.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird auch ein Verfahren zum Entfernen von Kohlendioxid aus einem Gasstrom von einer Bearbeitungsanlage bereitgestellt, wobei der Gasstrom Dampf und Kohlendioxid umfasst und das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

a) Extraktion von Kohlendioxid aus dem Gasstrom durch die Kontaktierung des Gasstroms mit einem Absorptionsmedium;
b) Verdampfen des Kohlendioxids aus dem Absorptionsmedium um so einen Produktstrom zu erzeugen, der reich an Kohlendioxid ist; und
c) Gewinnen von Energie aus dem Gasstrom in Form von Eigenwärme aus dem Gasstrom und Verwendung der Energie als eine Wärmequelle für das Erwärmen des Absorptionsmediums um die Verdampfung des Kohlendioxids entsprechend dem Schritt b) zu unterstützen.

Es ist ein bevorzugtes Merkmal, dass der Schritt c) in dem direkt oben stehenden Absatz auch die Gewinnung von Energie aus dem Gasstrom durch die Kondensation von Dampf und die Verwendung der latenten Wärme aus der Kondensation als eine Wärmequelle umfasst um die Verdampfung des Kohlendioxids entsprechend dem Schritt b) zu unterstützen.
Einer der Vorteile bei der Verwendung der latenten Wärme aus der Dampfkondensation und der Eigenwärme aus dem Gasstrom als eine Wärmequelle, um die Verdampfung des Kohlendioxids aus dem Absorptionsmedium zu unterstützen, ist, dass sie die Energie, die aus externen Quellen benötigt wird, um das Kohlendioxid aus dem Gasstrom zu trennen, minimiert.
Über die ganz Beschreibung hinweg und außer wenn der Kontext es anders verlangt, meint der Begriff „Wärme" entweder eine davon oder eine Kombination aus latenter Wärme aus der Kondensation des Dampfes in dem Gasstrom oder Eigenwärme von dem Gasstrom, einschließlich der Eigenwärme des Dampfes in dem Gasstrom.
Es versteht sich, dass die Schritte a), b) und c) der vorliegenden Erfindung gleichzeitig, fortlaufend oder hintereinander in einem oder mehreren Equipments, die ein geeignetes Design haben, in der Bearbeitungsanlage durchgeführt werden können. Es wird jedoch bevorzugt, dass der Schritt a) in einer Absorptionsvorrichtung und der Schritt b) in einem Abscheider der Bearbeitungsanlage durchgeführt wird.
Es wird bevorzugt, dass das Verfahren einen Recyclingschritt des Absorptionsmediums einschließt, wodurch das Absorptionsmedium, aus dem Kohlendioxid in dem Schritt b) verdampft worden ist, bei der Kontaktierung des Gasstroms entsprechend dem Schritt a) wieder verwendet wird.
Es wird bevorzugt, dass der Gasstrom, der reich an Kohlendioxid ist und in dem Schritt b) erzeugt wurde, weiter behandelt oder gelagert wird um ein Entweichen in die Atmosphäre zu verhindern.
Es wird bevorzugt, dass der Schritt c) umfasst, dass die latente Wärme der Kondensation oder die Eigenwärme zu dem Absorptionsmedium während dem Schritt a) und vor der Verdampfung des Kohlendioxids aus dem Absorptionsmedium entsprechend dem Schritt b) transferiert wird. Der Schritt b) wird angemessen einem Abscheider durchgeführt und die latente Wärme oder Eigenwärme wird auf das Absorptionsmedium transferiert, bevor es in den Abscheider eingeführt wird. Zusätzlich kann die Energie zu dem Absorptionsmedium während der Verdampfung des Kohlendioxids entsprechend dem Schritt b) transferiert werden.
Es wird bevorzugt, dass der Schritt c) umfasst, dass Wärme auf das Absorptionsmedium durch eines oder eine Kombination aus dem Folgenden transferiert wird:

– direkter Wärmetransfer, in dem der kondensierende Dampf direkt das Absorptionsmedium in der Absorbtionsvorrichtung kontaktiert; und
– indirekter Wärmetransfer, in dem die Wärme aus dem kondensierenden Dampf auf das Absorptionsmedium via einer oder mehrerer dazwischen liegender Transfermedien transferiert wird.

Direkter Wärmetransfer
Vorzugsweise wird ein direkter Wärmetransfer durchgeführt, indem der Gasstrom, der Dampf enthält, mit dem Absorptionsmedium während des Schritts a) gemischt oder in Kontakt gebracht wird. Mit anderen Worten, in dieser Situation geschieht die Nutzung der Wärmeenergie in dem Gasstrom, die alle oder einen Teil der latenten Wärme aus der Kondensation des Dampfes oder der Eigenwärme einschließt, und die Extraktion des Kohlendioxids aus dem Gasstrom entsprechend dem Schritt a), gleichzeitig und in geeigneter Weise in einer Absorptionsvorrichtung stattfindet.
Es ist deshalb innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung, dass die Eigenwärme aus dem Gasstrom zu dem Absorptionsmedium durch die direkte Kontaktierung des Gasstroms mit dem Absorptionsmedium transferiert wird. Der direkte Wärmetransfer kann durch irgendwelche anderen Mittel stattfinden wie das Mixen des Gasstroms mit dem Absorptionsmedium, bevor es der Absorptionsvorrichtung zugeführt wird. Zum Beispiel können das Absorptionsmedium und der Gasstrom in einem Zyklonabscheider, der die Feststoffe oder irgendwelche anderen Kontaminationsstoffe in dem Gasstrom trennt, oder in irgendeiner anderen Gleichstrom- oder Gegenstrom-Gas-Flüssigkeit-Kontaktierungsvorrichtung in Kontakt kommen.
Es wird auch bevorzugt, dass ein Strom aus dem Absorptionsmedium aus der Absorptionsvorrichtung abgeführt wird und zu der Absorptionsvorrichtung über ein Wärmetauschernetzwerk recycelt oder dorthin zurückgeführt wird, das Wärme zu dem Absorptionsmedium transferiert um die Verdampfung entsprechend dem Schritt b) zu unterstützen.
Es wird auch bevorzugt, dass der besagte Strom aus Absorptionsmedium, der aus der Absorptionsvorrichtung abgeführt wird, in zwei Subströme aufgeteilt wird, wodurch einer der Subströme zu der Absorptionsvorrichtung über das Wärmetauschernetzwerk recycelt oder zurückgeführt wird und der andere Substrom für die Verdampfung entsprechend dem Schritt b) beansprucht wird. In dieser Situation wird die Wärme direkt aus dem Gasstrom auf das Absorptionsmedium während dem Schritt a) transferiert und die Gesamtbetriebstemperatur der Absorptionsvorrichtung wird zumindest zum Teil durch einen Teil des Stroms aus Absorptionsmedium kontrolliert oder gesteuert, der der Absorptionsvorrichtung entzogen, gekühlt und zu der Absorptionsvorrichtung zurückgeführt wird.
Um die Wärme bei der Verdampfung des Kohlendioxids aus dem Absorptionsmedium zu verwenden wird es bevorzugt, dass die Wärme über das Wärmetauschernetzwerk zu einem oder mehreren Seitenströmen des Absorptionsmediums transferiert wird, die dem Abscheider entzogen wurden, oder einem Verdampfer-Erwärmungs-Absorptionsmedium zugeführt wird, das an der Basis der Abscheidersäule lokalisiert ist.
Es wird bevorzugt, dass das Wärmetauschernetzwerk eine Wärmepumpe, die einen geschlossenen Kreislauf umfasst, der ein Wärmetransfermedium, wie es Dampf ist, enthält, zwei oder mehr als zwei Wärmetauscher, die als ein Kondensator oder als Kondensatoren arbeiten, und andere, die als ein Verdampfer oder als Verdampfer arbeiten, und ein Kompressor und assoziiertes Verarbeitungsequipment ist um das Wärmetransfermedium unter Druck zu setzen. In dieser Situation, wo mehrere Kompressorstufen benötigt werden, kann assoziiertes Verarbeitungsequipment zum Beispiel ein oder mehrere Zwischenkühler einschließen, die das Wärmetransfermedium auf betriebsfähige Temperaturen abkühlen. Die Wärmepumpe kann auch als Teil einer Gesamtwärmeintegrationsstrategie wärmeintegriert mit anderen Wärmequellen und Kühlkörper sein.
In der Situation, wo ein direkter Wärmetransfer stattfindet, wird die Betriebstemperatur der Absorptionsvorrichtung teilweise durch die Verwendung der Kühlung und des Recyclings von einem Substrom aus Absorptionsmedium zu der Absorptionsvorrichtung kontrolliert werden. Die Verwendung der Wärmepumpe oder des Wärmetauschernetzwerks ist kein Beispiel für einen direkten Wärmeaustausch an sich, sondern eher eine Technik, die verwendet werden kann um die Verwendung des direkten Wärmetransfers zu komplimentieren oder zu erleichtern.
Indirekter Wärmetransfer
Der indirekte Wärmetransfer umfasst Wärme, die aus dem Gasstrom ohne einen direkten Kontakt vor der Kontaktierung oder dem Mischen des Gasstroms mit dem Absorptionsmedium für die Zwecke der Kohlendioxidentfernung transferiert wird. Es wird bevorzugt, dass die Wärme aus dem Gasstrom zu dem Strom aus Absorptionsmedium, das reich an Kohlendioxid ist, transferiert wird, bevor das Absorptionsmedium entsprechend dem Schritt b) behandelt wird.
Die Wärme kann auf das Absorptionsmedium in ein- oder zweistufigen Verfahren übertragen werden. In dem Fall eines einstufigen Verfahrens wird die Wärme durch einen Wärmetauscher von dem Gasstrom auf einen Strom aus dem Absorptionsmedium übertragen, der reich an Kohlendioxid ist und der von der Absorptionsvorrichtung auf den Abscheider überführt wird, bevor das Kohlendioxid davon entsprechend dem Schritt b) verdampft wird. In der Situation, wo die Wärme entsprechend einem zweistufigen Verfahren transferiert wird, wird die Wärme mittels eines ersten Wärmetauschers aus dem Gasstrom auf einen Strom aus dem Absorptionsmedium transferiert, der arm an Kohlendioxid ist und der von dem Abscheider auf die Absorptionsvorrichtung überführt wird, und die Wärme über einen zweiten Wärmetauscher von dem Absorptionsmediumstrom, der arm an Kohlendioxid ist, auf den Strom, der reich an Kohlendioxid ist, transferiert wird, bevor das Kohlendioxid davon entsprechend dem Schritt b) verdampft wird. Die Wärme, die letztendlich auf das Absorptionsmedium entweder durch ein- oder zweistufige Verfahren transferiert wird, unterstützt die Verdampfung des Kohlendioxids aus dem Absorptionsmedium entsprechend dem Schritt b).
Es ist auch möglich, dass eine Wärmepumpe, wie sie oben beschrieben ist, verwendet werden kann um den Transfer der Wärme zu dem Absorptionsmedium zu erleichtern um die Verdampfung des Kohlendioxids daraus entsprechend dem Schritt c) unterstützten.
In noch einem anderen Beispiel ist es möglich für den Gasstrom durch einen geschlossenen Durchgang geführt zu werden, der sich durch den Boden des Abscheiders erstreckt. Der Durchgang kann mittels Rohren, Platten oder irgendeiner anderen strukturellen Anordnung definiert sein, die ein Vermischen des Gasstroms mit dem Absorptionsmedium in dem Abscheider verhindert, den Wärmetransfer aus dem Gasstrom zu dem Absorptionsmedium aber erlaubt.
Ein Beispiel, in dem der direkte Wärmetransfer zwischen dem kondensierenden Dampf und dem Absorptionsmedium stattfindet, ist, wenn der Dampf und das Absorptionsmedium an entgegengesetzten Seiten eines Wärmetauschers angeordnet sind. Insbesondere wird es bevorzugt, dass der Schritt c) der vorliegenden Erfindung die Zuführung des Gasstroms zu der einen Seite des Wärmetauschers umfasst, wo der Dampf kondensiert wird und die Wärme zu dem Absorptionsmedium an der entgegengesetzten Seite des Wärmetauschers transferiert wird.
Darüber hinaus wird es besonders bevorzugt, dass der Schritt c) die Transferierung der Wärme auf das Absorptionsmedium umfasst, nachdem das Absorptionsmedium mit dem Gasstrom in dem Schritt a) in Kontakt gekommen ist.
Zusätzlich zu der Verwendung der latenten und der Eigenwärme als eine Wärmequelle für die Transferierung der Wärme auf das Absorptionsmedium, versteht es sich für Fachleute auf dem Gebiet der vorliegenden Erfindung, dass sich die Temperatur des Absorptionsmediums als ein Ergebnis von der Wärme aus der Reaktion zwischen dem Kohlendioxid und dem Absorptionsmedium auch erhöhen kann. Man kann jedoch vorhersehen, dass irgendeine Temperaturänderung des Absorptionsmediums, verursacht durch die Wärme aus der Reaktion, relativ klein sein wird im Vergleich zu der Temperaturänderung des Absorptionsmediums, die der durch den Gasstrom zugeführten Wärme zuzuschreiben ist.
Es wird bevorzugt, dass der Schritt b) die Verringerung des Betriebsdrucks umfasst, dem das Absorptionsmedium, das reich an Kohlendioxid ist, ausgesetzt wird, um so das Kohlendioxid aus dem Absorptionsmedium abzudunsten.
Es wird besonders bevorzugt, dass der Schritt b) bei einem Betriebsdruck durchgeführt wird, der geringer ist als der Druck, bei dem der Schritt a) ausgeführt wird, der die Extraktion des Kohlendioxids aus dem Gasstrom umfasst.
Es wird besonders bevorzugt, dass der Abscheider mit einem Vakuum ausgestattet wird um zu ermöglichen, dass der Abscheider bei einem Druck unter dem Atmosphärendruck betrieben wird.
Es wird bevorzugt, dass das Absorptionsmedium eine Lösung ist, die ein Alkalicarbonat wie Kaliumcarbonat oder Natriumkarbonat enthält und Aktivatoren oder Promotoren umfassen oder nicht umfassen kann um die Absorptionskinetiken zu steigern. Die Alkalicarbonatlösungen zeigen Merkmale, die sie in Situationen nützlich machen, wo eine Verdampfung entsprechend dem Schritt c) bei einem geringen Druck durchgeführt wird, wie es der Fall für das Einfangen von Kohlendioxid aus Kraftwerksabgasen bei der Nachverbrennung ist. Darüber hinaus erlaubt die geringe Flüchtigkeit des aktiven Bestandteils eine Behandlung bei erhöhten Temperaturen, was es ermöglicht Wärme, sowohl in Form von latenter Wärme als auch Eigenwärme, bei hohen Temperaturen als eine Energiequelle zu verwenden, wie es bei dem Einfangen des Kohlendioxids aus Synthesegasströmen bei Verbrennung der Fall ist.
Alternativ kann das Absorptionsmedium eine Lösung sein, die Stickstoffverbindungen wie Aminosäuren und eine Auswahl an Aminen wie Monoethanolamin (MEA) als das Hauptabsorptionsmittel enthalten. Zusätzlich kann das Absorptionsmedium auch ein oder mehrere herkömmliche Aktivatoren oder Promotoren umfassen, die die Stickstoffverbindungen komplimentieren.
Wenn das Absorptionsmedium in der Form einer Lösung ist, die Kaliumcarbonat enthält, kann die Extraktion bei erhöhten Temperaturen betrieben werden, verglichen mit den Verfahren im Stand der Technik, die konventionelle physikalische und chemische Lösungsmittel verwenden. Die Hürde, der man bei manchen konventionellen Lösungsmitteln gegenüber steht mit Ausnahme der Alkalicarbonate ist die Flüchtigkeit des aktiven Bestandteils. Wie es später in größerem Detail in der Beschreibung erklärt sein wird, sind Kalium- oder irgendwelche anderen Alkaliminerale in dem Absorptionsmedium auch reaktiv mit den Stickstoffverbindungen wie auch verschiedene Verbindungen, die Schwefel wie Schwefelwasserstoff und SO_x enthalten, und deshalb werden manchmal vorgeschaltete Verfahren eingesetzt um SO_x und NO_x zu entfernen und andere schwefel- oder stickstoffhaltige Verbindungen können von der Bearbeitungsanlage zurückgehalten werden.
Wir haben gefunden, dass die spezifischen Betriebstemperaturen und -drücke der Absorptionsvorrichtung und insbesondere des Abscheiders einen wesentlichen Einfluss auf die Menge an nutzbarer Wärme haben, die von dem Gasstrom auf das Absorptionsmedium transferiert werden kann. Optimale Betriebsbedingungen können letztendlich von den Wärmeintegrationsberücksichtigungen von anderen Arbeitsanlagen abhängen, die innerhalb einer Bearbeitungsanlage enthalten sind. Die vorliegende Erfindung ist auf einen weiten Bereich von Anwendungen anwendbar, die die Behandlung von Industriegasströmen umfassen. Die Abgase von Kraftwerken, auf die oben Bezug genommen worden ist, sind ein Beispiel für einen Gasstrom und er kann mit allgemeineren Begriffen als ein Nachverbrennungsgasstrom bezeichnet werden. Die vorliegende Erfindung kann auch eine Anwendung bei der Entfernung von Kohlendioxid aus Synthesegasströmen finden, wie jene, die während der Kohlevergasung gebildet werden. Die Vergasungsverfahren umfassen die partielle Oxidation von Bennstoffen und können entweder durch die Verwendung von Luft, Sauerstoff oder Luft, die mit Sauerstoff angereichert ist, durchgeführt werden um einen brennbaren Synthesegasstrom zu erzeugen.
Um den Großteil an Kohlendioxid aus dem Synthesegasstrom zu extrahieren wird der Gasstrom einer Wassergas-Shift-Reaktion unterworfen, die irgendwelchen Restkohlenstoff oder restliches Kohlenmonoxid für die Trennung vor der Verbrennung oder die weitere Verarbeitung zu Kohlendioxid verschiebt.
Im industriellen Sinn wird auf Synthesegasströme im Allgemeinen als Verbrennungsgasströme Bezug genommen und die Details der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die Nachverbrennungs- und Verbrennungsgasströme werden nun beschrieben werden.
Nachverbrennungsgasströme
In der Situation, wo der Nachverbrennungsgasstrom etwas ist wie ein Abgas mit einem geringen Druck aus einem Kraftwerk wird es bevorzugt, dass die Temperatur des Absorptionsmediums auf einen Wert ansteigt, der von 0 bis 60°C reicht.
In der Situation, wo das Absorptionsmedium in Form einer Lösungsmittellösung ist wird es bevorzugt, dass die Lösungsmittellösung, die arm an Kohlendioxid ist und einer Absorptionsvorrichtung zugeführt wird um den Schritt a) durchzuführen, eine Temperatur hat, die von 40 bis 70°C und angemessen von 55 bis 60°C reicht.
Es wird bevorzugt, dass die Lösungsmittellösung, die reich an Kohlendioxid ist und einem Abscheider zugeführt wird um den Schritt c) durchzuführen, eine Anfangstemperatur hat, die von 55 bis 90°C und angemessen von 60 bis 85°C reicht.
In der Situation, wo das Absorptionsmedium eine Lösung ist, die Alkalicarbonat enthält, vorzugsweise Kaliumcarbonat, und die Temperatur des Absorptionsmediums in die oben dargelegten Bereich fällt, wird bevorzugt, dass die Konzentration des Kaliumcarbonats in dem Beriech von 20 bis 40 Gew.-% ist. Letztendlich basiert die Konzentration des aktiven Bestandteils des Absorptionsmediums wie Kaliumcarbonat auf der Löslichkeit des Materials bei den Betriebstemperaturen des Verfahrens.
Es wird bevorzugt, dass die Extraktion des Kohlendioxids in dem Schritt a) bei einem Druck durchgeführt wird, der von 100 bis 150 kPa absoluter Druck reicht, angemessen etwa 100 kPa (1 bar).
Es wird bevorzugt, dass die Verdampfung des Kohlendioxids in dem Schritt b) bei einem Druck durchgeführt wird, der von 5 bis 60 kPa absoluter Druck reicht, angemessen etwa 30 kPa (0,3 bar).
Verbrennungsgasstrom
Das Vergasungsverfahren kann über einen breiten Druckbereich betrieben werden, typischerweise von 2000 bis 6500 kPa und folglich kann die Temperatur des Synthesegasstroms, der den Wassergas-Shift-Reaktor verlässt, stark variieren, typischerweise von 250 bis 400°C. Die genauen Betriebsparameter werden abhängig von dem Oxidationsverfahren variieren.
Heiße Synthesegasströme, die den Wassergas-Shift-Reaktor verlassen, werden herkömmlich gekühlt um das Kohlendioxid in Entfernungsschritten bei geringen Temperaturen zu entfernen. Der Wärmeentzug wird in die Energiekreise des Kraftwerks auf eine herkömmliche Weise integriert.
In der Situation, wo das Absorptionsmedium in Form einer Lösung ist, die Alkalicarbonat und vorzugsweise Kaliumcarbonat enthält, ermöglicht die Erfindung Dampf, der einen hohen Druck und eine hohe Temperatur hat, in Verbrennungsgaströmen Wärme bereitzustellen, wodurch die Entfernung des Kohlendioxids aus dem Absorptionsmedium unterstützt wird.
Mit anderen Worten, in der Situation, wo der Gasstrom zum Beispiel ein Verbrennungssynthesegas ist kann die Absorption des Kohlendioxids in der Absorptionsvorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung bei viel höheren Temperaturen und Drücken als in herkömmlichen Verfahren durchgeführt werden.
Die Vorteile, die dies bereitstellt, sind mehrere:

– Das Verfahren erzielt einen Vorteil aus der Verwendung des Dampfes als eine Wärmequelle um die Entfernung des Kohlendioxids zu unterstützen.
– Es erlaubt potentiell eine bessere Wärmeintegration innerhalb des Synthesegasgenerators, was wiederum zu Einsparungen bei sowohl den Betriebs- als auch den Kapitalkosten führen kann.
– Es erlaubt Modifikationen an Anlagen wie Vergasern, die zuvor auf Grund der gegenwärtigen Einschränkung auf eine geringe Temperatur bei den Absorptionsschritten nicht möglich waren.
– Es erlaubt die Manipulation des Wasserhaushalts um die Absorptionsvorrichtung und den Abscheider herum, worin die Extraktions- und die Verdampfungsschritte stattfinden.
– Es erlaubt die Manipulation des Wasserhaushalts um die Absorptionsvorrichtung herum.

In der Situation, wo der Gasstrom ein Verbrennungsgasstrom ist, wird es bevorzugt, dass die Extraktion des Kohlendioxids in dem Schritt a) bei einem Druck von 1000 bis 8000 kPa absoluter Druck durchgeführt wird, vorzugsweise bei einem Druck, der von 2500 bis 6500 kPa absoluter Druck reicht.
Es wird bevorzugt, dass die Verdampfung des Kohlendioxids in dem Schritt b) bei einem Druck von 100 bis 4500 kPa absoluter Druck durchgeführt wird, vorzugsweise bei einem Druck, der von 300 bis 4000 kPa absoluter Druck reicht.
Es versteht sich, dass die Temperatur und der Druck, bei denen der Gasstrom, der reich an Kohlendioxid ist, der Absorptionsvorrichtung zugeführt wird, zu einem großen Ausmaß wegen vorgeschalteten Arbeitsgängen variieren werden. Darüber hinaus wird die Temperatur, bei der das Lösungsmittel oder das Absorptionsmedium zugeführt und aus der Absorptionsvorrichtung abgeführt wird, auch von den vorgeschalteten Arbeitsgängen abhängen, wobei der gewünschte Wasserpartialdruck die Absorptionsvorrichtung und die Energieintegration über die Anlage verlässt. Die Abscheiderbetriebsbedingungen, abgesehen davon, dass sie durch die benötigte Kohlendioxidentfernung definiert werden, werden auch von der Energieintegration über die Anlage abhängen. Der Druck, bei dem das Kohlendioxid den Produktgaskompressoren bereitgestellt wird, verändert sich entsprechend und kann zusätzliche Vorteile für die Gesamtkosten beim Abfangen des Kohlendioxids bereitstellen. Zum Beispiel könnte die Temperatur von dem Gas, das der Absorptionsvorrichtung zugeführt wird, ohne die möglichen Temperaturen einzuschränken, in dem Bereich von vierundvierzig bis zu mehreren hundert Grad sein. Ähnlich könnte die Lösungsmittellösung, die der Absorptionsvorrichtung zugeführt wird, in dem Bereich von vierundvierzig bis zu mehreren hundert Grad Celsius sein.
Wenn das Absorptionsmedium in der Form einer Lösung ist, die arm an Kohlendioxid ist und der Absorptionsvorrichtung zugeführt wird um den Schritt a) durchzuführen, hat die Lösung, die der Absorptionsvorrichtung zugeführt wird vorzugsweise eine Anfangstemperatur in dem Bereich von 80 bis 250°C, angemessen 120 bis 230°C.
Wenn das Absorptionsmedium in der Form einer Lösung ist und den Schritten a) und c) gleichzeitig unterworfen wird, hat die Lösung, die reich an Kohlendioxid ist eine Temperatur, die von 110 bis 280°C reicht.
In der Situation, wo das Absorptionsmedium eine Lösung ist, die Alkalicarbonat, vorzugsweise Kaliumcarbonat, enthält, und die Temperatur des Absorptionsmediums in die Bereiche fällt, die sich auf die Behandlung der Verbrennungsgasströme beziehen, wird es bevorzugt, dass die Konzentration der Kaliumcarbonats in dem Bereich von 30 bis 60 Gew.-% ist. Letztendlich basiert die Konzentration des aktiven Bestandteils von dem Absorptionsmedium wie Kaliumcarbonat auf der Löslichkeit des Materials bei den Betriebstemperaturen des Verfahrens.
Ungeachtet dessen, ob der Gasstrom, der behandelt wird, ein Verbrennungs- oder Nachverbrennungsgasstrom ist, wird es bevorzugt, wenn der Gasstrom Schwefel- und/oder Stickstoffbestandteile enthält und das Absorptionsmedium in der Form von Kaliumcarbonat ist, dass der Schritt a) auch die Extraktion der schwefel- und/oder stickstoffhaltigen Verbindungen aus dem Gasstrom umfasst.
Es wird auch bevorzugt, dass das Verfahren das Abführen von einem Produktgasstrom umfasst, der Kalium oder irgendein anderes Alkalimineral und entweder einen davon oder eine Kombination aus Schwefel- und Stickstoffbestandteilen einschließt. Darüber hinaus wird entsprechend der vorliegenden Erfindung ein Material bereitgestellt, das Kalium und entweder einen davon oder eine Kombination aus Schwefel und Stickstoff enthält, das der in dem vorhergehenden Absatz erwähnte Produktgasstrom ist oder daraus hergestellt wird.
Es versteht sich, dass der Produktgasstrom und das resultierende Material weiter verarbeitet werden können um ein wertvolles Produkt wie landwirtschaftliche Düngermittel herzustellen.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird auch eine Anlage zur Entfernung von Kohlendioxid aus einem Gasstrom bereitgestellt, wobei die Anlage umfasst:

a) eine Absorptionsvorrichtung, durch die der Gasstrom durchgeführt wird, worin, während der Gasstrom durch die Absorptionsvorrichtung geführt wird, Kohlendioxid aus dem Gasstrom durch die Kontaktierung eines Absorptionsmediums extrahiert wird, sodass der Gasstrom, der aus der Absorptionsvorrichtung abgeführt wird, relativ arm an Kohlendioxid ist; und
b) einen Abscheider, dem das Absorptionsmedium zugeführt wird, das mit dem Kohlendioxid in der Absorptionsvorrichtung beladen worden ist, und worin das Kohlendioxid aus dem Absorptionsmedium in dem Abscheider verdampft wird,

Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird auch eine Anlage zur Entfernung von Kohlendioxid aus einem Gasstrom bereitgestellt, wobei die Anlage umfasst:

In der Situation, wo die Wärme direkt zu dem Absorptionsmedium transferiert wird um die Betriebstemperatur der Absorptionsvorrichtung zu kontrollieren oder zu steuern, wird es bevorzugt, dass ein Strom aus dem Absorptionsmedium aus der Absorptionsvorrichtung abgeführt wird und zu der Absorptionsvorrichtung zurückgeführt oder recycelt wird, nachdem die Wärme zu dem Absorptionsmedium übertragen worden ist, so wie ein Absorptionsmedium in einem Abscheider um die Verdampfung des Kohlendioxids aus dem Absorptionsmedium zu unterstützen. Es wird bevorzugt, dass die Anlage eine Wärmepumpe für die Transferierung der Wärme einschließt um die Verdampfung des Kohlendioxids zu unterstützen. Vorzugsweise ist die Wärmepumpe eine Wärmepumpe wie sie oben unter der Überschrift Direkter Wärmetransfer beschrieben ist.
In der Situation, wo der Dampf indirekt zu dem Absorptionsmedium transferiert wird, wird es bevorzugt, dass die Anlage auch einen Wärmetauscher einschließt und dass der Gasstrom, der Dampf enthält, der einen Seite des Wärmetauschers zugeführt wird, wo die Kondensation des Dampfes geschieht, und das Absorptionsmedium der entgegengesetzten Seite des Wärmetauschers zugeführt wird.
Die Absorptionsvorrichtung und der Abscheider werden vorzugsweise unter irgendeiner oder einer Kombination aus den Betriebsparametern betrieben, die oben in Bezug auf das Verfahren der vorliegenden Erfindung beschrieben werden.
Genauer wird es in Bezug auf die Drücke, bei denen die Absorptionsvorrichtung und der Abscheider betrieben werden, bevorzugt, dass der Betriebsdruck des Abscheiders geringer ist als der Betriebsdruck der Absorptionsvorrichtung. Ein Vorteil, der von diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird, ist, dass eine Kohlendioxidmenge spontan aus dem Absorptionsmedium abgedunstet wird, wenn es in den Abscheider geführt wird.
In der Situation, wo der Gasstrom ein Nachverbrennungsgasstrom ist wie die Abgase eines Kohlekraftwerks, wird es bevorzugt, dass die Absorptionsvorrichtung einen Betriebsdruck hat, der von 100 bis 150 kPa absoluter Druck reicht, und der Abscheider unter Vakuumbedingungen arbeitet, wobei der Betriebsdruck von 5 bis 60 kPa absoluter Druck reicht.
In der Situation, wo der Gasstrom ein Verbrennungsgasstrom ist, wird es bevorzugt, dass die Absorptionsvorrichtung einen Betriebsdruck hat, der von 2500 bis 6500 kPa absoluter Druck reicht, und der Abscheider unter einem Druck betrieben wird, der von 300 bis 4000 kPa absoluter Druck reicht.
Wie es oben in Bezug auf das Verfahren der vorliegenden Erfindung beschrieben wird, wenn der Gasstrom stickstoffhaltige Verbindungen und schwefelhaltige Verbindungen umfasst und das Absorptionsmedium in der Form von einem Alkalicarbonat ist, geeignet Kaliumcarbonat, wird es darüber hinaus bevorzugt, dass die stickstoffhaltigen Verbindungen oder schwefelhaltigen Verbindungen aus dem Gasstrom in der Absorptionsvorrichtung extrahiert werden. Es kann dann ein Produktstrom, der Alkalisalze einschließt und Stickstoff und Schwefel enthält, präzipitiert und aus der Anlage abgeführt werden. Ein gebotener Vorteil ist, dass zusätzliche vorgeschaltete Arbeitsanlagen, die speziell dazu gedacht sind die Verbindungen zu entfernen, die Stickstoff und Schwefel enthalten, überflüssig werden können.
Die Anlage der vorliegenden Erfindung kann auch eines oder eine Kombination der Verfahrensmerkmale der vorliegenden Erfindung umfassen, die oben beschrieben sind, einschließlich:

– spezifische Betriebstemperatur- und Druckbereiche von der Absorptionsvorrichtung und dem Abscheider;
– Zyklonabscheider für das Entfernen von Partikeln oder anderen Gleichstrom- oder Gegenstrom-Gas-Flüssigkeit-Kontaktoren, in die der Gasstrom und das Absorptionsmedium eingeführt werden und in Kontakt kommen, sodass die Wärme direkt zwischen ihnen transferiert werden kann;
– Absorption von Kontaminationsstoffen, einschließlich schwefel- und stickstoffhaltige Verbindungen, aus dem Gasstrom während dem direkten Wärmetransfer auf das Absorptionsmedium; und
– Wärmetauschernetzwerke, einschließlich Austauscher und/oder Wärmepumpen um direkt oder indirekt Wärme aus dem Gasstrom auf das Absorptionsmedium zu transferieren.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird nun in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, wovon:
1 ein Blockschaltbild ist, das schematisch die drei Schritte von einem Verfahren entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 ein grundsätzliches Flussbild entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform ist um das Verfahren, das in der 1 gezeigt ist, durchzuführen;
3 und 5 Beispiele für Flussbilder für die Behandlung eines Nachverbrennungsgasstroms in Form von Abgasen aus einem Kohlekraftwerk sind, wobei die Flussbilder den direkten Transfer von Eigenwärme aus dem Abgas auf die Lösungsmittellösung einschließen:
4 und 6 Tabellen sind, die die thermodynamischen Eigenschaften und Zusammensetzungen der Ströme bereitstellen, die in den 3 und 5 gezeigt sind;
7 und 9 Beispiele für Flussbilder für die Behandlung eines Nachverbrennungsgasstroms in Form von Abgasen aus einem Kohlekraftwerk sind, wobei die Flussbilder den direkten Transfer von Eigenwärme aus dem Abgas und den latenten Transfer von Wärme aus der Dampfkondensation in dem Abgas auf eine Lösungsmittellösung einschließen;
8 und 10 Tabellen sind, die die thermodynamischen Eigenschaften und Zusammensetzungen der Ströme bereitstellen, die in den 7 und 9 gezeigt sind;
11 ein Beispiel für ein Flussbild für die Behandlung eines Verbrennungsgasstroms wie der, der durch eine geblasene Vergaseranlage erzeugt wird, wobei das Flussbild den direkten Transfer von Eigenwärme aus dem Gasstrom und den latenten Transfer von Wärme aus der Dampfkondensation auf eine Lösungsmittellösung einschließt; und
12 die thermodynamischen Eigenschaften und Zusammensetzungen der Ströme bereitstellt, die in der 13 gezeigt sind.
Detaillierte Beschreibung
Das Flussbild, das in der 2 gezeigt ist, und die Beispielflussbilder, die in den 3, 5, 7, 9, 11 und 13 gezeigt sind, schließen eine Zahl von Merkmalen ein, die gleich oder im Wesentlichen identisch sind, und der Einfachheit halber werden diese Merkmale mit Bezug auf die 2 beschrieben werden.
Wie es in größerem Detail unten beschreiben wird, existieren die in den Figuren gezeigten bevorzugten Ausführungsformen und Beispiele unwahrscheinlich isoliert und in der Realität waren sie, wobei Techniken wie die Pinch-Analyse verwendet werden, in eine Bearbeitungsanlage integriert, wie ein Kohle- oder Gaskraftwerk, eine Zementanlage oder eine Anlage zur Erzeugung von Erdgas oder andere industrielle Quellen für Kohlendioxid. Für den Zweck jedoch die vorliegende Erfindung zu beschreiben wird nun das Verfahren, das in den Figuren gezeigt ist, in Bezug auf die Flussbilder, die in den Figuren gezeigt sind, beschrieben werden.
Mit Bezug auf die 2 schließt die bevorzugte Ausführungsform die Zuführung eines Gasstroms, geeignet ein Abgas mit geringem Druck von einem Kraftwerk, das Kohlendioxid enthält, in den Boden einer Absorptionssäule 11 ein, wie es durch die durchgezogene Linie 10 angegeben ist. Die Absorptionssäule 11 ist daran angepasst den Kontakt zwischen dem Gasstrom und einem Absorptionsmedium zu maximieren und kann zum Beispiel eine gepackte Säule, eine Säule, die Böden enthält, oder irgendeine Gas/Flüssigkeit-Kontaktierungsvorrichtung sein. Das Absorptionsmedium, vorzugsweise in Form einer Lösung aus Kaliumcarbonat, wird oben in die Absorptionssäule 11 als ein Strom 15 eingeführt und fließt in der Säule in einem Gegenstrom zu dem Gasstrom nach unten. Das Absorptionsmedium extrahiert das Kohlendioxid aus dem Gasstrom und es wird ein Produktgasstrom 12, der im Wesentlichen frei von Kohlendioxid ist, oben aus der Absorptionssäule 11 abgeführt. Abhängig von dem beabsichtigten Zweck für den Produktgasstrom 12 kann der Gasstrom 12 wie gewünscht weiter verarbeitet werden und/oder in die Atmosphäre abgeführt werden. In jedem Fall ist es ein Zweck der Absorptionssäule 11 den Kohlendioxidlevel in dem Gasstrom zu verringern und folglich die Gesamtkohlendioxidemissionen in die Atmosphäre.
Es wird ein Lösungsmittelstrom 13, der reich an Kohlendioxid ist, von der Basis der Absorptionssäule 11 abgeführt und oben auf die Abscheidersäule 14 eingeführt, wo das Kohlendioxid aus der Lösungsmittellösung verdampft wird und ein Strom aus der Lösungsmittellösung 15, der arm an Kohlendioxid ist, von der Basis der Abscheidersäule 14 abgeführt wird und zu der Absorptionssäule 11 recycelt wird, wo er wieder mit dem Gasstrom in Kontakt gebracht wird. Wie es aus der 2 ersichtlich ist kann ein Wärmetauscher verwendet werden um die Wärme zwischen den Strömen 13 und 15 zu transferieren. Genauer kann um die Verdampfung des Kohlendioxids in der Abscheidersäule 15 zu unterstützen die Wärme aus dem Strom 15, der arm an Kohlendioxid ist, auf den Strom 13, der reich an Kohlendioxid ist, transferiert werden.
Es wird ein Produktgasstrom 17, der reich an Kohlendioxid ist, oben aus der Abscheidersäule 14 abgeführt und in einem Refluxwärmetauscher 20 gekühlt, in dem Wasser kondensiert wird um einen Wasserproduktstrom 25 zu bilden. Der gekühlte Gasstrom wird dann in einen mehrstufigen Kompressor 18a und 18b eingeführt, so gestaltet, dass ein Vakuum in der Abscheidersäule 14 induziert wird. Der Wasserproduktstrom 25 kann zum Teil oder in vollem Umfang zu der Anlage zurückgeführt werden, die die Absorptions- und Abscheidungssäulen 11 und 14 einschließt. Die Rate, mit der das Wasser zu der Anlage zurückgeführt oder davon abgezogen wird hängt von einer Zahl von Betriebsfaktoren der Anlage ab, einschließlich der Rate, mit der der Dampf von dem Strom 10 in der Absorptionssäule 11 kondensiert wird.
Die Basis der Abscheidersäule 14 kann auch einen herkömmlichen Verdampfer 21 einschließen, der Wärme für die Lösungsmittellösung bereitstellt um das restliche Kohlendioxid in der Lösungsmittellösung zu verdampfen.
Entsprechend der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Dampf in dem Verfahrensgasstrom zurückbehalten und kondensiert sodass die latente Wärme aus der Kondensation als eine Wärmequelle für die Transferierung der Wärme direkt oder indirekt auf die Lösungsmittellösung oder den Abscheider verwendet wird um die Energie direkt zu verringern, die dem Verdampfer 21 zugeführt werden muss. Zusätzlich wie es im größeren Detail mit Bezug auf die Beispiele beschrieben werden wird, kann die Wärme aus dem Gasstrom zu der Lösungsmittellösung auch durch direkte oder indirekte Verfahren transferiert werden, entweder mit oder ohne die Kondensation des Dampfes. In der Situation, wo die latente Wärme direkt auf die Lösungsmittellösung transferiert wird, wird der Dampf in der Absorptionssäule 11 kondensiert und der kondensierte Dampf wird dann aus der Absorptionssäule 11 mit der Lösungsmittellösung abgeführt. In der Situation, wo wenigstens ein Teil der Wärme indirekt zu der Lösungsmittellösung transferiert wird, wird der Gasstrom 10, der Kohlendioxid und Dampf enthält, geteilt oder umgeleitet, um so durch die eine Seite eines Kondensatorwärmetauschers 22 zu strömen, wie es durch die punktierten Linien 23 gezeigt ist, und der Strom aus der Lösungsmittellösung 13, der reich an Kohlendioxid ist, wird auch geteilt oder umgeleitet und durch die entgegengesetzte Seite des Kondensators 22 geführt, wie es durch die punktierte Linie 24 gezeigt ist, bevor er in die Abscheidersäule 14 eingeführt wird.
Obwohl es in der 2 nicht gezeigt ist, wird es für Fachleute auf dem Gebiet der vorliegenden Erfindung selbstverständlich sein, dass auch ein oder mehrere Seitenströme von der Absorptionsvorrichtung 11 oder der Abscheidersäule 14 abgezogen werden können und abhängig von den Gesamtwärmeintegrationsoptionen mit anderen geeigneten Strömen Wärme ausgetauscht haben werden.
In der Situation, wo der Gasstrom 10 ein Abgas, das durch Verbrennung von Steinkohle oder Braunkohle erzeugt wird, oder ein Gas ist, ist es vorgesehen, dass die Absorptionslösung der Absorptionssäule 11 bei einer Temperatur zugeführt wird, die von 45 bis 60°C reicht, und dass der Dampf in dem Gasstrom in der Absorptionssäule 11 kondensiert wird, wobei er vorzugsweise eine Temperaturzunahme der Absorptionslösung um mindestens 25°C verursacht. Mit anderen Worten, die Temperatur des Absorptionslösungsstroms 13, der reich an Kohlendioxid ist und der von der Abscheidersäule abgeführt wird, in dem Bereich von 55 bis 90°C ist.
Darüber hinaus um weiter die Menge an Energie zu verringern, die dem Verdampfer zugeführt werden muss um das Kohlendioxid aus der Absorptionslösung zu verdampfen, wird es bevorzugt, dass die Abscheidersäule 14 bei einem Betriebsdruck betrieben wird, der geringer als der Betriebsdruck der Absorptionssäule 11 ist. Genauer, in der Situation, wo der Gasstrom der Absorptionssäule 11 zugeführt wird, ein Abgas ist, das durch Steinkohle-, Braunkohle- oder Gaskraftwerke erzeugt wird, wird es bevorzugt, dass die Absorptionssäule 11 bei einem Druck betrieben wird, der von 100 bis 150 kPa absoluter Druck reicht, und dass die Abscheidersäule 14 bei einem Druck betrieben wird, der von 5 bis 60 kPa absoluter Druck reicht.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Realisierung, dass der Dampfbestandteil des Verfahrensgasstroms und die Eigenwärme verwendet werden können, um so die Gesamtmenge an Energie zu verringern, die dem Verdampfer 21 der Abscheidersäule 14 zugeführt werden muss. Entsprechend den herkömmlichen Verfahren ist es gebräuchlich, dass der Dampf aus den Verfahrensgasströmen in vorgeschalteten prozessierenden Arbeitsvorgängen entfernt oder kondensiert werden. Zum Beispiel ist es eine gebräuchliche Praxis den Dampf aus den Abgasen, die von kohlegefeuerten Kraftwerken hergestellt werden, während den Abgaswäschearbeitgängen zu entfernen um die für die Umwelt schädlichen SO_x- und NO_x-Bestandteile vor der Ableitung mittels eines Schornsteins zu extrahieren.
Einer der Vorteile jedoch bei der Verwendung eines Kaliumcarbonatlösungsmittels statt des herkömmlichen Aminlösungsmittels ist, dass das Kaliumcarbonat zusätzlich zu der Reaktion mit Kohlendioxid auch mit Schwefelwasserstoff, SO_x, NO_x und anderen Stickstoffbestandteilen reagiert und dadurch die Notwendigkeit für herkömmliche Abgaswäschestufen für die Entfernung von Schwefelwasserstoff, SO_x, NO_x oder Stickstoffverbindungen aus dem Gasstrom verringert oder sogar eliminiert. Deshalb kann in dem Fall, dass der Gasstrom, der der Absorptionssäule 11 zugeführt wird, schwefel- und/oder stickstoffreaktive Bestandteile enthält und dass das Lösungsmittel in der Form von Kaliumcarbonat ist, um die Akkumulierung von Schwefel und Stickstoff in der Anlage zu vermeiden, ein Nebenproduktstrom abgeführt werden und ein frisch hergestelltes Kaliumcarbonat oder Kaliumhydroxid zu der Anlage zugegeben werden.
Der Nebenproduktstrom, der Kalium und entweder einen oder eine Kombination aus Schwefel oder Kalium enthält, kann weiter verarbeitet werden um ein wertvolles Material wie ein Düngermittel herzustellen.
Beispiele
Die folgenden Beispiele beziehen sich auf die Flussbilder, die die Verwendung von nicht promoteten Kaliumcarbonatlösungsmitteln umfasst. Es ist jedoch wie oben erklärt im Bereich der vorliegenden Erfindung, dass das Absorptionsmedium irgendeinen davon oder eine Kombination der aktiven Bestandteile enthalten kann, die Alkalicarbonate, Aminosäuren und Amine einschließen, aber in keinster Weise darauf beschränkt sind, worin die aktiven Bestandteile entweder promoted oder nicht promoted sind.
3 und 4
Das Flussbild, dass in der 3 gezeigt ist, ist ähnlich zu dem Flussbild, das in der 2 gezeigt ist, und umfasst eine Absorptionsvorrichtung, einen Abscheider und einen Verdampfer und eine Zahl von anderen Arbeitsanlagen, die speziell für die Handhabung von Abgasen aus Braunkohlekraftwerken sind, wie ein Gebläse. Zusammengefasst, es wird ein Abgasstrom, der mit FGAS4 bezeichnet ist, in die Absorptionsvorrichtung, nachdem er in einem Direktkontaktkühler (DCC) vorbehandelt worden ist, der im Wesentlichen ein Auswerfergefäß ist um kondensiertes Wasser zu entfernen, und in einen Wärmetauscher eingeführt.
Das behandelte Abgas, das arm an Kohlendioxid ist, wird aus der Absorptionsvorrichtung als der Strom TFGAS abgeführt und ein Lösungsmittelstrom, der arm an Kohlendioxid ist, wird der Absorptionsvorrichtung als der Strom SOL1 zugeführt und ein Lösungsmittelstrom, der reich an Kohlendioxid ist, wird der Absorptionsvorrichtung als der Strom SOL2 zugeführt. Der Strom SOL4, der reich an Kohlendioxid ist, wird dem Abscheider über ein Drosselventil zugeführt und der Strom SOL5, der arm an Kohlendioxid ist, wird zu der Absorptionsvorrichtung über die Wärmetauscher HX1A, HX1 und HX3 zurückgeführt. Es wird ein Strom, der reich an Kohlendioxid ist, aus dem Abscheiderstrom CCO2 abgeführt.
Die 3 ist ein Beispiel, in dem die Eigenwärme in dem Abgas verwendet wird, um einen beladenen Lösungsmittelstrom zu erwärmen, nämlich SOL2 über die Wärmetauscher HX1A und HX1. Es ist aus der 4 ersichtlich, dass sich die Abgastemperatur von 185°C auf 92°C verringert, bevor es in die DDC-Einheit eingeführt wird um das Restwasser aus dem Abgas vor der Behandlung in der Absorptionsvorrichtung zu kondensieren. Vergleichweise ist in der Situation, wo der Strom FGAS1 direkt in den DDC eingeführt wird und den Wärmetauscher HX1A umgeht der Dienst des Verdampfers etwa 4,02 MJ/kg eingefangenes Kohlendioxid. Im Gegensatz kann, weil die verfügbare Wärme auf die Weise wie sie in der 3 gezeigt ist verwendet wird, der Wärmedienst des Verdampfers auf etwa 3,91 MJ/kg eingefangenem Kohlendioxid verringert werden.
Die Stromzusammensetzungen, die in der 4 bereitgestellt werden, schießen nicht die Details von Kontaminationsstoffen ein wie schwefelhaltige Verbindungen. Die Realität ist, dass der unbehandelte Abgasstrom von 150 bis zu mehreren tausend Teilen pro Million schwefelhaltige Verbindungen enthalten wird. In der Vergangenheit bedurfte das Entfernen der Schwefelverbindungen die Miteinbeziehung von Entschwefelungsanlagen, die im Wesentlichen den Dampfbestandteil aus dem Abgasstrom entfernten. Das Entfernen des Schwefels auf die Weise der vorliegenden Erfindung kann den Dampf verwenden und den Bedarf für ein solches Equipment verringern.
In diesem Beispiel ist das ausgewählte Lösungsmittel Kaliumcarbonat und die Salze davon sind in der Stromzusammensetzung in der 4 eingeschlossen. Andere Lösungsmittel, wie sie zuvor beschrieben worden sind, können ebenso eingesetzt werden um die Funktion des Lösungsmittels durchzuführen, obwohl die Vorteile der Schwefelentfernung mit Materialien, die nicht Alkalicarbonate sind, verloren gehen können.
Zusätzlich in Bezug auf den Betrieb des Flussbildes, das in der 3 gezeigt ist, ist die Kontrolle der Rate, mit der das Wasser aus dem Flussbild gereinigt oder abgeleitet wird, wichtig und dies wird durch die Menge an Wasser geregelt, die der Absorptionsvorrichtung über den Strom MKUPH20 zugeführt und über den Strom FGASH, den Strom CCO2H1, den Strom CCO2W1 und den Strom CCO2W abgeführt wird.
5 und 6
Das Flussbild, das in der 5 gezeigt ist, ist im Wesentlichen dasselbe wie das Flussbild, das in der 3 gezeigt ist, mit Ausnahme des Wärmetauscher HX1A, der so konfiguriert ist, dass er dem Verdampfer Wärme liefert, wie es durch die gestrichelte Linie HSTREAM1 gezeigt ist, anstatt dem Lösungsmittelstrom SOL2, der arm an Kohlendioxid ist. Der Wärmedienst, der zu dem Verdampfer geführt wird und mit HSTREAM1 bezeichnet ist, kann durch irgendein Mittel durchgeführt werden, wie dass eine Flüssigkeit zwischen den Austauscher HX1A und den Verdampfer geleitet wird. Die Energie, die durch den HSTREAM1 geliefert wird, kommt 0,54 MJ/kg eingefangenem Kohlendioxid gleich und der Wärmedienst des Verdampfers QREB = 3,48 MJ/KG eingefangenem Kohlendioxid. Das bedeutet eine Verringerung von 0,43 MJ/kg eingefangenes Kohlendioxid verglichen mit dem Verdampfer in dem Flussbild, das in der 3 gezeigt ist.
7 und 8
Das Flussbild, das in der 7 gezeigt ist, ist im Wesentlichen dasselbe wie das Flussbild, das in der 2 gezeigt ist, mit der Ausnahme, dass ein Wärmetauscher fehlt. Genauer ist dieses Flussbild ein Beispiel, in dem die latente Wärme aus der Kondensation und die Eigenwärme aus dem Abgasstrom zu der Lösungsmittellösung durch den Kontakt von den zwei Strömen in der Absorptionsvorrichtung direkt transferiert werden. Während dem Betrieb tritt des Abgas FGAS2 in die Absorptionsvorrichtung bei 170°C ein und wird aus der Absorptionsvorrichtung als der Strom TFGAS mit etwa 68,6°C abgeführt. Die Wärme, die zu der Lösungsmittellösung transferiert wurde, verursacht, dass die Lösungsmitteltemperatur von 55°C auf 78,5°C zunimmt. Die Lösungsmittellösung, die reich an Kohlendioxid ist wird mit 78,5°C direkt in den Abscheider eingeführt, der bei einem verringerten Druck von 0,3 bar arbeitet.
Der Wärmedienst des Verdampfers ist QREB = 5,80 MJ/kg eingefangenes Kohlendioxid.
9 und 10
Das Flussbild, das in der 9 gezeigt ist, ist in dem Sinn zu dem Flussbild, das in der 7 gezeigt ist, ähnlich, dass die Eigen- und die latente Wärme direkt aus dem Abgas FGAS2 zu der Lösungsmittellösung in der Absorptionsvorrichtung transferiert werden. Zusätzlich, um die Verwendung der Wärme in dem Abgas weiter zu steigern und die Betriebstemperatur der Absorptionsvorrichtung zu kontrollieren, wird der Strom SOL3, der reich an Kohlendioxid ist und aus der Absorptionsvorrichtung abgeführt wird, in zwei Ströme geteilt, SOL4, der über den Wärmetauscher HX1 gekühlt wird, bevor er zu der Absorptionsvorrichtung zurückgeführt wird, und SOL5, der über den Wärmetauscher HX2 erwärmt wird, bevor er in den Abscheider eingeführt wird. Der Wärmetauscher HX1 bildet einen Teil von einer Wärmepumpenanordnung, die verwendet werden kann um den Wärmedienst des Vedampfers von dem Abscheider zu ergänzen, worin die Wärmetauscher HX1 und HX4 die Funktion eines Verdampfers bzw. eines Kondensators ausüben. Die Details für die Wärmepumpenanordnung, einschließlich der thermodynamischen Eigenschaften der Ströme von der Wärmepumpe, sind in der 12 gezeigt. Obwohl die Wärmepumpe, die in der 9 dargestellt ist, einen einzelnen Kompressor und einzelne Wärmetauscher einschließt, die einen Verdampfer und Kondensator repräsentieren, ist es selbstverständlich, dass mehrere Verdampfer oder Kondensatoren notwendig sein können und das das Temperaturprofil über den Kompressor Kompressionsschritte benötigen kann um in mehreren Stufen mit einer Zwischenkühlung durchgeführt werden zu können.
11 und 12
Das Flussbild, das in der 13 gezeigt ist, ist ein Beispiel für ein Verfahren, in dem die Wärmeenergie, einschließlich der latenten und der Eigenwärme aus dem Zufuhrgasstrom zu der Lösungsmittellösung in der Absorptionsvorrichtung transferiert wird, was wiederum die Wärmeladung des Verdampfers von dem Abscheider verringert und die Wasserlast in dem ausströmenden Gas von der Absorptionsvorrichtung kontrolliert, nämlich der Strom TFGAS.
Der Zufuhrgasstrom, bezeichnet mit FGAS, ist ein Synthesegasstrom wie der, der durch eine geblasene Vergaseranlage erzeugt wird. Es wird für die nachgeschaltete Handhabung bevorzugt, dass der Level an Kohlendioxid in dem Gasstrom verringert ist und der Partialdruck des Wassers kontrolliert wird.
Die 11 ist ein Beispiel, in dem der Strom FGAS, der mit einem erhöhten Druck und einer erhöhten Temperatur zu Verfügung steht und etwa 15 Massen-% gesättigten Dampf enthält, in die Absorptionsvorrichtung eingeführt wird, sodass mindestens ein Teil des Dampfbestandteils in der Absorptionsvorrichtung kondensiert wird. Durch eine einfache Analyse der Werte, die in der 12 bereitgestellt werden, betreten etwa 185,1 Tonnen/h Dampf die Absorptionsvorrichtung über den Strom FGAS und verlassen die Absorptionsvorrichtung in der Gasphase als den Strom TFGAS mit einer Rate von 88,7 Tonnen/h. Dies ist mit einer wesentlichen Menge an Wärmeenergie gleichzusetzen, die zu dem Lösungsmittel transferiert wird und weitgehend für die Zunahme der Temperatur des Lösungsmittel über die Absorptionsvorrichtung um 30°C verantwortlich ist, siehe die Ströme SOL1 und SOL2 in der 12. Die Dampfkondensation in der Absorptionsvorrichtung kombiniert mit dem Abscheider, der bei einem geringeren Betriebsdruck betrieben wird, erlaubt der Wärmeenergie, die aus dem Dampf erhalten worden ist, letztendlich im Stande zu sein die Verdampfung des Kohlendioxids aus dem Lösungsmittel in dem Abscheider zu unterstützen.
Durch die Kontrolle der Temperatur des armen Lösungsmittels, Strom SOL1, kann die entfernte Wassermenge zum Zwecke der benötigten Energie und des Wasserpartialdrucks in dem Gasstrom kontrolliert werden.
Die Stromzusammensetzungen, die in der 12 bereitgestellt werden, schließen nicht die Details der Bestandteile wie Schwefel ein, die Realität ist, dass der FGAS-Strom 100 bis mehrere tausend ppm Schwefelverbindungen sowie Stickstoffverbinden enthalten wird.
In diesem Beispiel ist das ausgewählte Lösungsmittel Kaliumcarbonat und die Salze davon sind in den Stromzusammensetzungen in der 12 eingeschlossen. Es kann Kaliumcarbonat oder irgendein anderes nicht flüchtiges Lösungsmittel wie Natriumcarbonat ebenso eingesetzt werden um das Kohlendioxid, Schwefel- und Stickstoffverbindungen in unterschiedlichen Ausmaßen zu entfernen.
Zusätzlich in Bezug auf den Betrieb des Flussbildes, das in der 12 gezeigt ist, ist die Kontrolle der Rate, mit der das Wasser gereinigt oder abgeleitet wird, wichtig und hängt mit der Kondensationsrate des Dampfes aus dem FGAS-Strom zusammen. In dem Fall des Flussbildes, das in der 11 bereitgestellt wird, wird die Rate, mit der das Wasser gereinigt oder abgeleitet wird, durch die Temperatur des armen Lösungsmittelstroms kontrolliert, höher als irgendein anderer früherer Betrieb, der uns bekannt ist, und für dieses Verfahren einzigartig ist.
In dem aktuellen Beispiel verringert die Verwendung des Dampfes aus dem FGAS-Strom in Übereinstimmung mit diesem Beispiel den Wärmedienst des Verdampfers auf 2,68 MJ/kg eingefangenes CO₂. Die Energieintegration solcher Anlagen ist stark von den entsprechenden Verfahrensbedingungen abhängig und variiert sehr.
Für Fachleute aus dem Gebiet der vorliegenden Erfindung wird es selbstverständlich sein, dass viele Modifikationen und Variationen an der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform gemacht werden können, ohne sich von dem Geist und dem Bereich der vorliegenden Erfindung zu entfernen.
Zum Beispiel ist es, abhängig von den Gesamtwärmeanforderungen einer Bearbeitungsanlage wie einem Kohlekraftwerk, möglich, dass auch die Wärme, aus irgendeiner oder aus mehreren der folgenden zusätzlichen Quellen verwendet werden kann um die Gesamtmenge an Energie zu verringern, die durch den Verdampfer 21 (in der 2) von der Absorptionslösung geliefert werden muss:

– Energie aus dem Refluxkondensator 20 (in der 2);
– Energie aus mehrstufigen Kompressorzwischenkühlern 19 (in der 2)
– ein Kühler für armes Lösungsmittel; und
– und andere Energiequellen, die verfügbar sind, wenn die bevorzugte Ausführungsform in ein Kraftwerk integriert wird wie das Boilerzuführungswasser des Basiskraftwerks und anderer Hilfskraftwerke, die benötigt werden um Energie zuzuführen um eine Kohlendioxid-Abfanganlage zu betreiben.

Die Energieintegration wird alle Wärmequellen und Kühlkörper in Betracht ziehen und vorzugsweise ein Minimumenergiesystem einführen, wobei Technologien verwendet werden wie die Pinch-Technologie.
Zusammenfassung
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Realisierung, dass der Kohlendioxidbestandteil von Industriegasströmen, die auch Dampf enthalten, so prozessiert werden können, um die Wärme, die aus dem Dampfbestandteil erhältlich ist, entweder als Eigen- und/oder latente Wärme zu verwenden, um bei der Trennung des Kohlendioxids von dem restlichen Gasstrom behilflich zu sein. Zum Beispiel Abgase, die von Kraftwerken produziert werden, die Braunkohle, Steinkohle oder Erdgas verbrennen, enthalten eine nützliche Eigenmenge an Energie, die entsprechen der vorliegenden Erfindung nutzbar gemacht werden kann. Entsprechend den besonders bevorzugten Formen der Erfindung können Stickstoff- und Schwefelbestandteile wie SO_x und NO_x, H₂S und andere stickstoffhaltige Verbindungen aus dem Gasstrom durch den direkten Kontakt mit dem Absorptionsmedium entfernt und verwendet werden, um Nebenprodukte wie Düngemittelmaterial herzustellen.

Claims

Verfahren zum Entfernen von Kohlendioxid aus einem Gasstrom von einer Bearbeitungsanlage, wobei der Gasstrom Dampf und Kohlendioxid umfasst und das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Extraktion von Kohlendioxid aus dem Gasstrom durch die Kontaktierung des Gasstroms mit einem Absorptionsmedium; b) Verdampfen des Kohlendioxids aus dem Absorptionsmedium, um so einen Produktstrom zu erzeugen, der reich an Kohlendioxid ist; und c) Gewinnen von Energie aus dem Gasstrom, indem Dampf kondensiert wird und die latente Kondensationswärme von dem kondensierenden Dampf als Wärmequelle für das Erwärmen des Absorptionsmediums verwendet wird, um die Verdampfung des Kohlendioxids entsprechend dem Schritt b) zu unterstützen.
Verfahren nach Anspruch 1, worin der Schritt c) auch die Verwendung der Eigenwärme aus dem Gasstrom als eine Wärmequelle für die Erwärmung des Absorptionsmediums umfasst.
Verfahren zum Entfernen von Kohlendioxid aus einem Gasstrom von einer Bearbeitungsanlage, wobei der Gasstrom Dampf und Kohlendioxid umfasst und das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Extraktion von Kohlendioxid aus dem Gasstrom durch die Kontaktierung des Gasstroms mit einem Absorptionsmedium; b) Verdampfen des Kohlendioxids aus dem Absorptionsmedium, um so einen Produktstrom zu erzeugen, der reich an Kohlendioxid ist; und c) Gewinnen von Energie aus dem Gasstrom in Form von Eigenwärme aus dem Gasstrom und Verwendung der Energie als Wärmequelle für das Erwärmen des Absorptionsmediums, um die Verdampfung des Kohlendioxids entsprechend dem Schritt b) zu unterstützen.
Verfahren nach Anspruch 3, worin der Schritt c) die Gewinnung von Energie aus dem Gasstrom umfasst, indem Dampf kondensiert wird und die latente Kondensationswärme als eine Wärmequelle verwendet wird, um die Verdampfung des Kohlendioxids entsprechend dem Schritt b) zu unterstützen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin der Schritt c) umfasst, dass die Wärme zu dem Absorptionsmedium transferiert wird bevor das Kohlendioxid aus dem Absorptionsmedium entsprechend dem Schritt b) verdampft wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin der Schritt b) in einem Abscheider durchgeführt wird und die Wärme zu dem Absorptionsmedium transferiert wird, bevor das Absorptionsmedium in den Abscheider eingeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin der Schritt c) umfasst, dass die Wärme zu dem Absorptionsmedium durch einen direkten Wärmetransfer transferiert wird, wobei der Gasstrom direkt das Absorptionsmedium kontaktiert.
Verfahren nach Anspruch 7, worin der Gasstrom und das Absorptionsmedium in einer Absorptionsvorrichtung oder in irgendeinem anderen Gefäß wie einem Zyklonabscheider gemischt werden.
Verfahren nach Anspruch 7, worin ein Strom aus einem Absorptionsmedium aus einer Absorptionsvorrichtung abgeführt wird, wobei der Schritt a) durchgeführt wird, und zu der Absorptionsvorrichtung über ein Wärmetauschernetzwerk zurückgeführt oder recycelt wird, das Wärme zu dem Absorptionsmedium transferiert um die Verdampfung des Kohlendioxids entsprechend dem Schritt b) zu unterstützen.
Verfahren nach Anspruch 9, worin der besagte Strom aus einem Absorptionsmedium, der aus der Absorptionsvorrichtung abgeführt wird, in zwei Subströme aufgeteilt wird, wodurch einer der Subströme zu der Absorptionsvorrichtung über das Wärmetauschernetzwerk recycelt oder zurückgeführt wird und der andere Substrom für die Verdampfung entsprechend dem Schritt b) beansprucht wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, worin die Wärme über das Wärmetauschernetzwerk zu einem oder mehreren Seitenströmen des Absorptionsmediums transferiert wird, die dem Abscheider entzogen wurden, oder einem Wiederverdampfer-Erwärmungs-Absorptionsmedium zugeführt wird, das an der Basis des Abscheiders lokalisiert ist.
Verfahren nach einem der Anspruch 9 bis 11, worin das Austauschernetzwerk eine Wärmepumpe, die einen geschlossenen Kreislauf umfasst, der ein Wärmetransfermedium enthält, zwei oder mehr als zwei Wärmetauscher, die als ein Kondensator oder als Kondensatoren und als ein Verdampfer oder als Verdampfer arbeiten, und ein Kompressor ist, um das Wärmetransfermedium unter Druck zu setzen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, worin der Schritt c) umfasst, dass Wärme zu dem Absorptionsmedium durch einen indirekten Wärmetransfer transferiert wird, wobei die Wärme zu dem Absorptionsmedium über ein oder mehrere dazwischen liegende Transfermedien transferiert wird.
Verfahren nach Anspruch 13, worin die Wärme durch einen Wärmetauscher aus dem Gasstrom zu einem Strom aus dem Absorptionsmedium, reich an Kohlendioxid, transferiert wird, der von der Absorptionsvorrichtung auf den Abscheider geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, worin die Wärme über einen ersten Wärmetauscher aus dem Gasstrom zu einem Strom aus dem Absorptionsmedium transferiert wird, der arm an Kohlendioxid ist und der von dem Abscheider zu der Absorptionsvorrichtung geleitet wird, und die Wärme über einen zweiten Wärmetauscher aus dem Absorptionsmediumstrom, der arm an Kohlendioxid ist und der in dem ersten Wärmetauscher erwärmt worden ist, zu eine Strom, der reich an Kohlendioxid ist, transferiert wird und der der Absorptionsvorrichtung zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, worin das Absorptionsmedium eine Lösung ist, die irgendetwas oder eine Kombination aus Aminosäuren, Alkalicarbonaten oder Aminen enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, worin der Schritt c) die Erhöhung der Temperatur von dem Absorptionsmedium um einen Wert, der von 0 bis 55°C reicht, umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, worin der Schritt b) die Verringerung des Betriebsdrucks umfasst, dem das an Kohlendioxid reiche Absorptionsmedium ausgesetzt wird, um so Kohlendioxid aus dem Absorptionsmedium freizusetzen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, worin der Schritt b) bei einem Betriebsdruck durchgeführt wird, der geringer ist als der Druck, bei dem der Schritt a) durchgeführt wird, der die Extraktion der Kohlendioxids aus dem Gasstrom umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, worin der Schritt b) bei einem Druck unter dem Atmosphärendruck stattfindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, worin das Absorptionsmedium in Form einer Lösung ist und wenn es arm an Kohlendioxid ist und einer Absorptionsvorrichtung zugeführt wird, um so den Schritt a) durchzuführen, hat die Lösung eine Anfangstemperatur, die von 40 bis 70°C reicht.
Verfahren nach Anspruch 21, worin die Temperatur von dem Absorptionsmedium eine Temperatur in dem Bereich von 55 bis 60°C hat.
Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, worin das Absorptionsmedium in Form einer Lösung ist und wenn es reich an Kohlendioxid ist und einem Abscheider zugeführt wird, um so den Schritt c) durchzuführen, hat die Lösung eine Anfangstemperatur von 55 bis 90°C.
Verfahren nach Anspruch 23, worin die Temperatur des Absorptionsmediums in dem Bereich von 60 bis 85°C ist.
Verfahren nach Anspruch 21 bis 24, worin die Extraktion des Kohlendioxids in dem Schritt a) bei einem Druck durchgeführt wird, der von 100 bis 150 kPa absoluter Druck reicht.
Verfahren nach Anspruch 25, worin der Druck etwa 100 kPa (1 bar) absoluter Druck sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 26, worin die Verdampfung des Kohlendioxids in dem Schritt b) bei einem Druck durchgeführt wird, der von 5 bis 60 kPa absoluter Druck reicht.
Verfahren nach Anspruch 27, worin der Druck etwa 30 kPa (0,3 bar) absoluter Druck sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 28, worin das Absorptionsmedium eine Lösungsmittellösung ist, die Kaliumcarbonat in dem Bereich von 20 bis 40 Gew.-% enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, worin die Extraktion des Kohlendioxids in dem Schritt a) bei einem Druck durchgeführt wird, der von 1000 bis 8000 kPa (10 bis 80 bar) absoluter Druck reicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, worin die Extraktion des Kohlendioxids in dem Schritt a) bei einem Druck durchgeführt wird, der von 2500 bis 6500 kPa (25 bis 65 bar) absoluter Druck reicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, worin die Verdampfung des Kohlendioxids in dem Schritt b) bei einem Druck durchgeführt wird, der von 100 bis 4500 kPa (1 bis 45 bar) absoluter Druck reicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, worin die Verdampfung des Kohlendioxids in dem Schritt b) bei einem Druck durchgeführt wird, der von 300 bis 4000 kPa (3 bis 40 bar) absoluter Druck reicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 33, worin das Absorptionsmedium in Form einer Lösung ist und wenn es arm an Kohlendioxid ist und einer Absorptionsvorrichtung zugeführt wird, um so den Schritt a) durchzuführen, hat die Lösung eine Anfangstemperatur in dem Bereich von 80 bis 250°C.
Verfahren nach Anspruch 34, worin die Lösung eine Anfangstemperatur in dem Bereich von 120 bis 230°C hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 35, worin das Absorptionsmedium in Form einer Lösung ist und die Lösung den Schritten a) und c) gleichzeitig unterworfen wurde, hat die Lösung eine Temperatur, die von 110 bis 280°C reicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 36, worin das Absorptionsmedium eine Lösungsmittellösung ist, die Kaliumcarbonat in dem Bereich von 30 bis 60 Gew.-% enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 37, worin das Verfahren den Schritt des Recyclings des Absorptionsmediums umfasst, wodurch das Absorptionsmedium, aus dem das Kohlendioxid in dem Schritt b) verdampft worden ist, durch die Kontaktierung des Gasstroms entsprechend dem Schritt a) wieder verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 38, worin, wenn der Gasstrom Schwefel- und/oder Stickstoffbestandteile enthält und das Absorptionsmedium eine Lösungsmittellösung ist, der Schritt a) auch die Extraktion der schwefel- und/oder stickstoffhaltigen Verbindungen aus dem Gasstrom umfasst.
Verfahren nach Anspruch 39, worin das Verfahren die Abführung eines Produktstroms umfasst, der entweder einen oder eine Kombination aus Schwefel- und Stickstoffbestandteilen umfasst.
Anlage zur Entfernung von Kohlendioxid aus einem Gasstrom, wobei die Anlage umfasst: a) eine Absorptionsvorrichtung, durch die der Gasstrom durchgeführt wird, worin, während der Gasstrom durch die Absorptionsvorrichtung geführt wird, Kohlendioxid aus dem Gasstrom durch die Kontaktierung eines Absorptionsmediums extrahiert wird, sodass der Gasstrom, der aus der Absorptionsvorrichtung abgeführt wird, relativ arm an Kohlendioxid ist; und b) einen Abscheider, dem das Absorptionsmedium zugeführt wird, das mit dem Kohlendioxid in der Absorptionsvorrichtung beladen worden ist, und worin das Kohlendioxid aus dem Absorptionsmedium in dem Abscheider verdampft wird, und wodurch der Gasstrom auch Dampf umfasst und während dem Betrieb der Anlage der Dampf in dem Gasstrom in entweder einer der folgenden Situationen oder in einer Kombination der folgenden Situationen kondensiert wird i) bevor der Gasstrom der Absorptionsvorrichtung zugeführt wird oder ii) während der Gasstrom durch die Absorptionsvorrichtung durchgeführt wird und die Kondensation des Dampfes eine Wärmequelle bereitstellt, die erlaubt, dass Wärme direkt oder indirekt zu dem Absorptionsmedium transferiert wird, sodass die Verdampfung des Kohlendioxids unterstützt wird.
Anlage zur Entfernung von Kohlendioxid aus einem Gasstrom, wobei die Anlage umfasst: a) eine Absorptionsvorrichtung, durch die der Gasstrom durchgeführt wird, worin, während der Gasstrom durch die Absorptionsvorrichtung geführt wird, Kohlendioxid aus dem Gasstrom durch die Kontaktierung eines Absorptionsmediums extrahiert wird, sodass der Gasstrom, der aus der Absorptionsvorrichtung abgeführt wird, relativ arm an Kohlendioxid ist; und b) einen Abscheider, dem das Absorptionsmedium zugeführt wird, das mit dem Kohlendioxid in der Absorptionsvorrichtung beladen worden ist, und worin das Kohlendioxid aus dem Absorptionsmedium in dem Abscheider verdampft wird, und wodurch während des Betriebs der Anlage Wärmeenergie in Form von Eigenwärme aus dem Gasstrom direkt oder indirekt zu dem Absorptionsmedium transferiert wird, sodass die Verdampfung des Kohlendioxids in dem Abscheider unterstützt wird.
Anlage nach Anspruch 41 oder 42, worin die Anlage einen Zyklonabscheider für die Abtrennung von Feststoffen aus dem Gasstrom oder irgendeine andere Gleichstromkontaktierungsvorrichtung umfasst, in der der Gasstrom und das Absorptionsmedium in Kontakt gebracht werden.
Anlage nach einem der Ansprüche 41 bis 43, worin die Kontaminationsstoffe, die schwefel- und stickstoffhaltige Verbindungen umfassen, durch das Absorptionsmedium während dem direkten Kontakt zwischen dem Gasstrom und dem Absorptionsmedium absorbiert werden.
Anlage nach einem der Ansprüche 41 bis 44, worin der Abscheider bei einem Druck betrieben wird, der geringer ist als der Betriebsdruck von der Absorptionsvorrichtung.
Anlage nach einem der Ansprüche 41 bis 45, worin die Anlage eine Wärmepumpe, die einen geschlossenen Kreislauf enthält, der ein Wärmetransfermedium enthält, zwei oder mehr als zwei Wärmetauscher, die als ein Kondensator oder als Kondensatoren und als ein Verdampfer oder als Verdampfer arbeiten, und einen Kompressor umfasst, um das Wärmetransfermedium unter Druck zu setzen.
Anlage nach einem der Ansprüche 41 bis 46, worin die Absorptionsvorrichtung einen Betriebsdruck hat, der von 100 bis 150 kPa absoluter Druck reicht.
Anlage nach Anspruch 47, worin der Betriebsdruck etwa 100 kPa absoluter Druck ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 41 bis 47, worin der Abscheider einen Betriebsdruck hat, der von 5 bis 60 kPa absoluter Druck reicht.
Anlage nach Anspruch 49, worin der Betriebsdruck etwa 30 kPa absoluter Druck ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 41 bis 46, worin die Absorptionsvorrichtung einen Betriebsdruck hat, der von 1000 bis 8000 kPa absoluter Druck reicht.
Anlage nach einem der Ansprüche 41 bis 46, worin die Absorptionsvorrichtung einen Betriebsdruck hat, der von 2500 bis 6500 kPa absoluter Druck reicht.
Anlage nach einem der Ansprüche 41 bis 46, worin der Abscheider einen Betriebsdruck hat, der von 100 bis 4500 kPa absoluter Druck reicht.
Anlage nach einem der Ansprüche 41 bis 46, worin der Abscheider einen Betriebsdruck hat, der von 300 bis 4000 kPa absoluter Druck reicht.
Anlage, die das Verfahren durchführt, das in einem der Ansprüche 1 bis 40 beschrieben ist, wobei die Anlage eine Absorptionsvorrichtung umfasst, in der der Gasstrom das Absorptionsmedium kontaktiert und einen Abscheider, in dem das Kohlendioxid aus dem Absorptionsmedium verdampft wird.
Verfahren, das Kohlendioxid aus einem Nachverbrennungsgasstrom wie einem Abgas von einem Kraftwerk oder einer Bearbeitungsanlage entfernt, wobei der Gasstrom Dampf und Kohlendioxid umfasst und das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Extraktion von Kohlendioxid aus dem Gasstrom durch die Kontaktierung des Gasstroms mit einem Absorptionsmedium in Form einer Lösung; b) Verdampfen des Kohlendioxids aus dem Absorptionsmedium, um so einen Produktstrom zu erzeugen, der reich an Kohlendioxid ist; und c) Gewinnen von Energie aus dem Gasstrom in Form von entweder einem davon oder eine Kombination aus i) Eigenwärme aus dem Gasstrom und/oder ii) latenter Wärme, die durch die Kondensation des Dampfes erhalten wird, und unter Verwendung der Energie als eine Wärmequelle, um die Verdampfung des Kohlendioxids entsprechend dem Schritt b) zu unterstützen, worin der Schritt a) bei einem Druck durchgeführt wird, der von 100 bis 150 kPa absoluter Druck reicht, und der Schritt b) bei einem Druck durchgeführt wird, der von 5 bis 60 kPa absoluter Druck reicht.
Verfahren, das Kohlendioxid aus einem Verbrennungsgasstrom von einer Bearbeitungsanlage entfernt, wobei der Gasstrom Dampf und Kohlendioxid umfasst und das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Extraktion von Kohlendioxid aus dem Gasstrom durch die Kontaktierung des Gasstroms mit einem Absorptionsmedium in Form einer Lösung; b) Verdampfen des Kohlendioxids aus dem Absorptionsmedium, um so einen Produktstrom zu erzeugen, der reich an Kohlendioxid ist; und c) Gewinnen von Energie aus dem Gasstrom in Form von entweder einem davon oder eine Kombination aus i) Eigenwärme aus dem Gasstrom und/oder ii) latenter Wärme, die durch die Kondensation des Dampfes erhalten wird, und unter Verwendung der Energie als eine Wärmequelle, um die Verdampfung des Kohlendioxids entsprechend dem Schritt b) zu unterstützen, worin der Schritt a) bei einem Druck durchgeführt wird, der von 1000 bis 8000 kPa absoluter Druck reicht, und das Absorptionsmedium einer Absorptionsvorrichtung zugeführt wird, um den Schritt a) bei einer Anfangstemperatur durchzuführen, die in dem Bereich von 110 bis 250°C ist.